【摘 要】
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自旋发光二极管是一种重要的自旋电子器件,该器件是在自旋电子学结合半导体材料而开展的关于自旋注入、操纵和探测的半导体自旋电子学研究领域中形成。自旋发光二极管的研究涉及到自旋注入端和激活区的材料、结构及其丰富的物理现象。目前基于Ta/CoFeB/MgO面内以及垂直磁各向异性材料都已经成功制备并应用在自旋发光二极管中作为自旋注入端。但在薄膜生长过程中形成的界面的质量,如CoFeB/MgO界面或者MgO/
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自旋发光二极管是一种重要的自旋电子器件,该器件是在自旋电子学结合半导体材料而开展的关于自旋注入、操纵和探测的半导体自旋电子学研究领域中形成。自旋发光二极管的研究涉及到自旋注入端和激活区的材料、结构及其丰富的物理现象。目前基于Ta/CoFeB/MgO面内以及垂直磁各向异性材料都已经成功制备并应用在自旋发光二极管中作为自旋注入端。但在薄膜生长过程中形成的界面的质量,如CoFeB/MgO界面或者MgO/GaAs（发光区）界面质量可能对自旋及电荷注入效率至关重要。因此改善自旋注入端的界面层是提高自旋注入效率的有效方法。将聚焦研究自旋发光二级管自旋注入端界面对于电荷注入的影响,探究两种方法制备MgO隧道势垒层产生的不同自旋注入端界面及其界面对电输运性质的影响,并结合1D Poisson程序证实了MgO势垒层对电输运性质的影响。本文主要的研究内容如下:1.采用分子束外延和磁控溅射两种方法制备MgO隧道势垒层,从而产生的不同的自旋注入端界面,并将制备的两个样品分别命名为“MBE”和“sputtering”,通过对两个样品进行能带模拟,施加正向偏压以及退火处理,结果表明阈值电压VTH等于肖特基势垒为零时的偏置电压;退火可以降低“sputtering”样品的阈值电压而对“MBE”样品的阈值电压几乎没有影响;“MBE”样品退火前后MgO/GaAs界面均为结晶态,“sputtering”样品的MgO/GaAs界面处存在约0.4 nm薄的非晶层可以通过退火得到改善。2.模拟了Spin-LED自旋注入端CoFeB/MgO/GaAs-In GaAs量子阱的能带结构图并探究了偏置电压、MgO势垒层及其厚度对肖特基势垒的影响。结果表明对Spin-LED器件施加偏压时可以降低肖特基势垒,并且随着偏置电压的增大,肖特基势垒逐渐降低;在铁磁层和半导体材料中添加一层薄的MgO势垒层可以降低肖特基势垒来提高器件的自旋注入效率,并且在MgO势垒层在几个纳米的前提下,肖特基势垒随着MgO势垒层的厚度的增加而降低。
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